晶体二极管组成的桥式整流电路

一、晶体二极管组成的桥式整流电路

    +

AC ────|───►────|────►───+ | D1 | | | +────►|──────►───|──── DC D2 | | +────►|──────►───|────+ D3 | | AC ────|───►────|────►───+ | D4 | | | +───────────────+

在桥式整流电路中，交流电源的两端分别连接在D1和D3的交流端，直流电源的正负极分别连接在D2和D4的直流端。当输入交流电时，晶体二极管会根据其正反向导通的特性，使得交流电在整流桥中产生一个明显的直流电输出。

桥式整流电路的工作原理

当交流电源的正极连接到D1，负极连接到D3时，正弦波的正半周期通过D1流向负极，负半周期通过D3流向正极。当正弦波的正半周期通过D1后，此时D2处于正向偏置状态，D4处于反向偏置状态，因此D1-D2之间的电压为正，可以看作是一个正向导通的开关。

当正弦波的负半周期通过D3后，此时D4处于正向偏置状态，D2处于反向偏置状态，因此D3-D4之间的电压为正，可以看作是一个正向导通的开关。因此，整个桥式整流电路的输出电流方向始终为正向。

桥式整流电路的优点

桥式整流电路相对于其他整流电路，具有如下优点：

1: 效率高：桥式整流电路的整流效率可达到80%以上，因此在一些大功率电源中得到了广泛应用。

2: 输出纹波小：由于桥式整流电路的电容滤波作用，输出电压的纹波系数较小，质量较高。

3: 适用范围广：桥式整流电路适用于各种输入电压和负载电流的情况，应用范围广泛。

晶体二极管组成的桥式整流电路是一种高效、低纹波、适用范围广的整流电路，应用广泛。在实际应用中，我们可以根据具体需求选择不同的整流电路，以满足各种不同的应用场合。

二、整流电路是如何实现整流的？

整流就是将交流电整成直流电。因为二极管有单向导电性,以零伏为对比 交流电就有正电压与负电压两种。接入一个二极管 称为半波整流,负半轴的点直接截掉,效率过低。

于是有了双管全波整流 效率虽然提高 但是双管只适合中间有抽头的变压器。后来进化到四个二极管整流。这样就适应了无抽头的需求。大概就是这。

三、什么是半波整流电路？

半波整流电路是一种将交流电转换为直流电的简单电路。

一、基本原理

工作过程

半波整流电路主要利用了二极管的单向导电性。在交流电源的正半周，二极管正向导通，电流可以通过二极管到达负载。此时，二极管相当于一个闭合的开关，让电流顺利通过。例如，当交流电压为正弦波形式，在正半周时，电压高于二极管的正向导通阈值（硅二极管一般约为 0.7V），二极管就会导通，电流经过负载电阻，产生一个正向的电压降。

而在交流电源的负半周，二极管反向截止，就像一个打开的开关，电流无法通过二极管到达负载，此时负载两端几乎没有电压。这样，在负载两端得到的电压就是只有交流电压正半周的脉动直流电。

电路组成元件

电源变压器：它的作用是将电网的交流电压（如 220V）转换为合适的较低电压，以满足后续电路的需求。例如，如果需要一个 12V 的直流输出，经过变压器的降压后，次级绕组输出的交流电压有效值可能为 12 - 14V 左右，考虑到二极管的正向压降和整流后的电压波动等因素。

二极管：这是半波整流电路的核心元件，起到单向导电的作用。常用的二极管有 1N4001 - 1N4007 等型号，它们的最大反向电压和最大正向电流等参数各不相同，可以根据实际电路的需求进行选择。

负载电阻：用来消耗整流后的电能，例如可以是一个需要直流供电的电子设备或者一个简单的电阻元件，用于测试电路的输出特性等。

二、输出电压特性

电压波形

半波整流电路的输出电压波形是一种脉动直流波形，它只有输入交流电压的正半周部分。如果输入的交流电压是一个正弦波（其中是交流电压的最大值，是角频率，是时间），那么输出的直流电压平均值可以通过计算得到。

对于半波整流电路，输出电压平均值，其中是输入交流电压的峰值。例如，当输入交流电压的有效值为（峰值），经过半波整流后，输出电压平均值约为。

纹波系数

半波整流电路的输出电压存在较大的纹波。纹波系数是用来衡量整流输出电压中交流成分与直流成分比例的一个参数。半波整流电路的纹波系数较大，其计算公式为，其中是输出电压的有效值。

由于半波整流电路只有正半周有输出，其纹波系数相对较大，一般需要后续的滤波电路来减小纹波，使输出电压更加平滑，接近理想的直流电压。

三、应用场景与优缺点

应用场景

半波整流电路结构简单，成本低廉，在一些对直流电源质量要求不高、功率较小的场合有应用。比如，一些简单的电池充电电路，当交流电源通过半波整流后，可以对电池进行小电流充电。

另外，在一些早期的简单电子设备中，如小型收音机的电源部分，只要对直流电压的平滑程度要求不是非常高，半波整流电路也可以发挥作用。

优点

电路结构简单，元件数量少，易于理解和搭建。对于初学者来说，是学习整流电路原理的一个很好的入门电路。而且它的成本较低，只需要一个二极管、一个变压器和一个负载就可以构成基本的半波整流电路。

缺点

半波整流电路的最大缺点是电源利用率低，因为它只利用了交流电源的半个周期，导致输出的直流平均电压较低。

而且输出电压的纹波系数大，含有较多的交流成分，需要通过复杂的滤波电路才能得到比较平滑的直流电压。所以在对电源质量要求较高的场合，如精密电子仪器、计算机电源等，一般不单独使用半波整流电路。

半波整流电路参数与计算公式

纹波系数

“纹波”是将交流电压波形转换为直流波形时剩余的不需要的交流分量。尽管我们尽最大努力去除所有交流分量，但在输出侧仍有少量残留物会产生直流波形的脉动。这种不受欢迎的交流分量称为“纹波”。

为了量化半波整流器将交流电压转换为直流电压的能力，我们使用所谓的纹波系数（由 γ 或 r 表示）。纹波系数是整流器交流电压（输入侧）与直流电压（输出侧）的RMS值之比。

二极管的纹波系数的公式为：

也可以重新排列为下面的等式：

半波整流器的纹波系数等于1.21（即γ=1.21）。

请注意，为了构建一个好的整流器，我们一般希望将纹波系数保持在尽可能低的水平。这就是为什么我们使用电容和电感作为滤波器来减少电路中的纹波。

效率

整流器效率 (η) 是输出直流功率与输入交流功率之比。效率的公式等于：

半波整流器的效率等于 40.6%（即 η max = 40.6%）

有效值

为了得出半波整流器的 RMS 值，我们需要计算负载上的电流。如果瞬时负载电流等于 i L = I m sinωt，则负载电流的平均值 (I DC ) 等于：

其中 I m等于负载上的峰值瞬时电流 (I max )。因此，负载上获得的输出直流电流 (I DC ) ：

对于半波整流器，RMS 负载电流 (I rms ) 等于平均电流 (I DC ) 乘以 π/2。因此，半波整流器的负载电流 (I rms ) 的 RMS 值为：

其中 I m = I max等于负载上的峰值瞬时电流。

峰值反向电压

峰值反向电压 (PIV) 是二极管在反向偏置条件下可以承受的最大电压。如果施加的电压超过 PIV，二极管将被破坏。

形状因素

形状因数（FF）是有效值与平均值的比值，如下式所示：

半波整流器的形状因子等于 1.57（即 FF=1.57）。

输出电压

负载电阻上的输出电压 (V DC )表示为：

半波整流电路应用

虽然半波二极管整流电路基本上使用单个二极管，但二极管周围有一些电路差异，具体取决于应用。

电源整流

当用于电源整流时，半波整流电路如果要以任何方式为设备供电，则与变压器一起使用。通常在此应用中，输入交流波形是通过变压器提供的。这用于提供所需的输入电压。

AM解调

一个简单的半波二极管整流器可用于调幅信号的信号解调。整流过程使幅度调制得以恢复。当半波整流电路用于幅度调制检测时，该电路显然需要与收音机中的其他电路接口。

峰值检测

半波二极管电路通常用作简单的电压峰值检测器。通过在输出负载上放置一个电容，电容器将充电至峰值电压。如果 CR 网络、电容器和负载电阻的时间常数比波形周期长得多或足以捕获变化波形的峰值，则电路将保持电压峰值。

五、晶体二极管整流电路：从基础原理到实际应用

晶体二极管是电子电路中最基础和常见的元件之一。它的主要功能是将交流电转换为直流电,这一过程被称为整流。整流电路在电子设备、电力系统等领域广泛应用,是电子技术不可或缺的一部分。本文将从晶体二极管的基本工作原理出发,详细介绍整流电路的构成、分类以及在实际应用中的典型案例,帮助读者全面掌握这一重要的电子电路知识。

晶体二极管的工作原理

晶体二极管是由 P型半导体 和 N型半导体 材料制成的半导体器件。当正向偏压施加在二极管两端时,P-N结会形成一个低阻抗通路,电流可以顺利通过;而当反向偏压施加时,P-N结会形成一个高阻抗状态,电流难以通过。这种单向导电特性,就是晶体二极管最基本的工作原理。

通过合理利用二极管的这一特性,我们可以设计出各种整流电路,将交流电转换为直流电,为电子设备提供稳定的电源。

整流电路的分类

根据整流方式的不同,常见的整流电路可以分为以下几种类型:

• 半波整流电路:利用单个二极管,仅对交流电的一个半周期进行整流。整流效率较低,但电路结构简单。
• 全波整流电路:利用两个或四个二极管,对交流电的整个周期进行整流。整流效率较高,但电路结构相对复杂。
• 桥式整流电路:采用四个二极管组成的桥式结构,可以实现全波整流。整流效率高,电路结构紧凑。
• 倍压整流电路:在基本整流电路的基础上,增加电容和二极管,可以将交流电压翻倍输出直流电压。

不同类型的整流电路都有各自的优缺点,工程师需要根据具体应用场景选择合适的方案。

整流电路在实际应用中的典型案例

整流电路广泛应用于各种电子设备和电力系统中,下面列举几个典型的应用案例:

• 电源适配器:将交流电转换为直流电,为笔记本电脑、手机等电子产品提供稳定的电源。
• 电动机驱动:将交流电转换为直流电,为电动机供电,广泛应用于工业自动化设备。
• 电力变换:将交流电转换为直流电,再经过逆变器转换为所需的交流电,应用于电力系统的电压变换和频率变换。
• 电焊机:利用整流电路将交流电转换为直流电,为电焊机提供稳定的电源,确保焊接质量。

可以看出,整流电路在电子技术和电力系统中扮演着不可或缺的角色,是电子工程师必须掌握的基础知识。

六、整流电路中怎么选择整流二极管？

提高电源转换效率和功率密度一直是电源行业的首要目标，在过去十年中，更因功率器件、拓扑结构和控制方案的发展而取得长足的进步。

超结MOSFET、SiC二极管以及最新GaN FET的发展，确保了更高频率下的更高开关效率；同时，高级拓扑及其相应控制方案的实现也在高速发展。因此，平衡导通损耗与开关损耗以实现最佳工作点，现在已完全可以实现。

但是，用于AC线电压整流的前端二极管电桥仍然是个大问题，它阻碍了效率和功率密度的提升。高压整流二极管的正向压降通常约为1V。这意味着主电流路径中的两个二极管可能导致超过1％的效率损耗，尤其在低压输入的时候。

举例来说，当前最流行的效率规范之一为80 Plus规范。最高级别80 Plus钛金牌在230VAC时要求达到96％的峰值效率，在115VAC时要求达到94％的峰值效率。

当次级DC / DC效率高达98％时，电桥将很容易因其高传导损耗而消耗PFC级的大部分效率。此外，二极管电桥还可能成为电源中最热的部位，这不仅限制了功率密度，还给散热设计造成了一定的困扰。

于是，越来越多人把注意力集中在如何解决这组整流桥的问题上来。解决这个问题的方向还是非常明确的，最受欢迎的两种方案分别为双升压无桥PFC和图腾柱PFC。

在这两种方案中，主电流路径中的整流二极管数量都从2个减少到1个，从而降低了整流管上的导通损耗。

目前，已经有研究和参考设计展现出令人鼓舞的结果，但还尚未被消费类市场大批量采用和量产。因为要开发出尖端的IC解决方案，实现有竞争力的BOM成本以及经过验证的强健性和可靠性，还有很长的路要走。

双升压无桥PFC需要一个额外的大功率电感来抑制共模噪声，这对成本和产品尺寸都是不利因素。而图腾柱PFC通常都需要高成本的组件，例如上管驱动器和隔离式电流采样，并且大都需要采用DSP，或者在常规PFC控制器IC上采用大量分立组件。

实际上，我们无需等待采用无桥拓扑的新型控制器IC发展成熟，通过另一种简单快捷的替代方案，可以立即降低电桥上的功率损耗。

这种方案的基本思想是用同步整流MOSFET代替两个下管整流二极管，而其它的电源设计部分（包括所有功率级和控制器IC）均保持不变。图2的示例中采用MPS的MP6925A对这一概念进行了说明。MP6925A是一款仅需很少外部组件的双通道同步整流驱动器。

MP6925A通常用于LLC转换器。它根据对漏源电压（VDS）的检测主动驱动两个MOSFET。在设置系统以替换交流电桥中的下管二极管时，可采用两个高压JFET(QJ1 和 QJ2)在VDS检测期间钳位高压。

当电流流经MOSFET体二极管之一时，VDS上的负阈值被触发，驱动器导通相应的MOSFET。在MOSFET导通期间，驱动器会调节相应的栅极电压，将VDS保持在一定水平之下，直到电流过低而无法触发VDS关断阈值为止。图3显示了其典型工作波形。

七、整流电路容量？

整流电路的容量，应该是根据负载（用电器）的容量来选择整流原件儿的参数。

如二极管的最大正向整流电流 最大反向击穿电压和滤波电容的耐压容量等参数。打一个简单的比方：一个300毫安（mA）2.5伏(V)的小灯泡，需要一个直流电源（不考虑稳压），怎样选择整流电路参数？

【1】 交流电源在正半周时要通过整流二极管给小灯泡提供300毫安(mA)电流，还要给滤波电容充电，所以二极管的正向整流电流在没有特殊的情况下选择300的约3倍就够用1000毫安(mA)。

【2】确定了电流再确定电压。交流电的2.5伏（V）它的最大值是1.414倍的2.5伏（V）约等于3.5伏（V），减去两个二极管的正向压降二倍的0.7伏（V）1.4伏(V)等于2.1伏（V）。显然是低了！所以交流电的最大值应该是2.5加上1.4约等于4伏（V）。知道了二极管所承受的最高电压是4伏（V）,所以选择二极管的最大反向击穿电压大于4伏（V）就行了。最好是大于几倍，那样就安全了！

【3】知道了交流电的最大值4伏（V）那么交流电的有效值就应该是4伏（V）除以1.414等于2.83伏（V）。找一个3伏的小变压器就行了！

【4】滤波电容的容量根据公式C=8/2RF单位是法拉，1法拉等于1000000微法拉。C是电容 R是负载电阻（R=2.5/0.3=8.3欧姆）F是交流电的频率单位是赫兹。

整流电路的容量就是这样确定下来的，如果是特殊场合还要考虑特殊因素对电路的影响，如交流电的频率太高就要考虑二极管的结电容等。这只是简单的比方，因为不能画图也不知道说清楚没。

八、pwm整流电路？

PWM整流电路是采用PWM控制方式和全控型器件组成的整流电路,它能在不同程度上解决传 统整流电路存在的问题。

把逆变电路中的SPWM控制技术用于整流电路,就形成了PWM整流电路。

通过对PWM整流电路进行控制,使其输入电流非常接近正弦波,且和输入电压同相位,则功率因数近似为1。

九、单相整流电路？

1、单相桥式整流电路是桥式整流器，英文 BRIDGE RECTIFIERS，也叫做整流桥堆，是利用二极管的单向导通性进行整流的最常用的电路，常用来将交流电转变为直流电。

2、半波整流利用二极管单向导通特性，在输入为标准正弦波的情况下，输出获得正弦波的正半部分，负半部分则损失掉。

3、桥式整流器利用四个二极管，两两对接。输入正弦波的正半部分是两只管导通，得到正的输出；输入正弦波的负半部分时，另两只管导通，由于这两只管是反接的，所以输出还是得到正弦波的正半部分。

4、桥式整流器对输入正弦波的利用效率比半波整流高一倍。桥式整流是交流电转换成直流电的第一个步骤。

5、桥式整流器是由多只整流二极管作桥式连接，外用绝缘塑料封装而成，大功率桥式整流器在绝缘层外添加金属壳包封，增强散热。桥式整流器品种多，性能优良，整流效率高，稳定性好，最大整流电流从0.5A到50A，最高反向峰值电压从50V到1000V。

十、单相整流滤波电路？

单相全波整流电路的特点

（1）使用的整流器件较半波整流时多一倍。

（2）整流电压脉动较小，比半波整流小一半。无滤波电路时的输出电压Vo=0.9V2。

（3）变压器的利用率比半波整流时高。

（4）变压器二次绕组需中心抽头。

（5）整流器件所承受的反向电压较高。